基于通信系統(tǒng)的鐵路信號安全信息傳輸?shù)膽?yīng)用探討

孫陽

（中鐵三局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 山西晉中 030600）

基于通信系統(tǒng)的鐵路信號安全信息傳輸?shù)膽?yīng)用探討

孫陽

（中鐵三局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 山西晉中 030600）

隨著國內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)的高速持續(xù)發(fā)展，在科技進(jìn)步的同時，鐵路也得到了長久的發(fā)展，但是與國內(nèi)的社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展相比，還是具有一定的差距。要實(shí)現(xiàn)國家對鐵路的“十一五”規(guī)劃要求，建設(shè)安全性更高的鐵路信號則是提升的關(guān)鍵。本文針對目前鐵路信號信息傳輸?shù)默F(xiàn)狀和利用通信系統(tǒng)對信號傳輸?shù)膬?yōu)勢，進(jìn)行基于通信系統(tǒng)的鐵路信號安全信息傳輸?shù)膽?yīng)用探討。以期為同行提供參考。

通信系統(tǒng)；鐵路信號；安全信息；傳輸；應(yīng)用

目前，國內(nèi)對鐵路信號技術(shù)裝備的建設(shè)方向，主要是將速度定為發(fā)展的目標(biāo)，一般是在165km/h的鐵路段。信號裝備會的建設(shè)主要有集中聯(lián)鎖、繼電半自動閉塞和自動閉塞區(qū)為主。在很多的鐵路信號系統(tǒng)中，無法實(shí)現(xiàn)大范圍的集中調(diào)度工作，也沒有這方面的經(jīng)驗。而發(fā)達(dá)國家中的高度鐵路則是完全依靠計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)對列車的運(yùn)行和調(diào)配實(shí)行統(tǒng)一化、全面化的管理。國內(nèi)的鐵路信號的維修呈現(xiàn)分化管理的格局，并不能集中進(jìn)行維護(hù)、管理、指揮等工作。

1 鐵路信號信息傳輸?shù)默F(xiàn)狀

在進(jìn)入21世紀(jì)以來，為適應(yīng)社會的高速發(fā)展，提升列車的運(yùn)行效率，鐵路工程技術(shù)人員將鐵路信號在列車軌道上進(jìn)行傳送，以此實(shí)現(xiàn)地面對運(yùn)行列車的控制。在國內(nèi)的鐵路中，普遍采用的技術(shù)是：首先將列車的起始地點(diǎn)和終點(diǎn)站之間劃分成若干站點(diǎn)空間，每一個都可以形成獨(dú)立的閉塞區(qū)，并在其中設(shè)置信號，當(dāng)有列車占用此閉塞區(qū)后，不會允許第二列車進(jìn)入。這個閉塞區(qū)間的信號會呈現(xiàn)禁止發(fā)送狀態(tài)，會讓隨行的列車減速并實(shí)現(xiàn)其他區(qū)間內(nèi)停車的效果。而不管采用何種閉塞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，都有以下特征：都會存在固定的閉塞分區(qū)；所有的傳輸都是開環(huán)系統(tǒng)；所有的基于軌道電路幾乎都只有地面軌道傳輸?shù)男畔?，在?jīng)過機(jī)車上的感應(yīng)過后，才可以成為機(jī)車的信號，構(gòu)成車——地單向的傳輸方式。但是傳統(tǒng)的系統(tǒng)會因為軌道電路本身的特性，有一些無法克服的缺陷：

（1）只能采用比較低的頻率發(fā)送信息。如果由此鐵路信號的傳輸頻率太高，鋪設(shè)的全鋼結(jié)構(gòu)的鐵軌會導(dǎo)致信號不斷地減弱抵消，所以為了保證鐵路信號能夠?qū)崿F(xiàn)其功能，只能實(shí)行低頻的傳輸。

（2）傳統(tǒng)的鐵路信號無法適應(yīng)高速運(yùn)行的列車需求。因為社會的快速發(fā)展，在講究速度的今天，也需要對列車的運(yùn)行速度進(jìn)行提升。這就需要列車上和地面之間傳輸大量的信息。為了滿足鐵路信號能夠及時的傳輸，所以要減少數(shù)據(jù)量。

（3）鐵路信號在運(yùn)行的過程中還很容易受到環(huán)境的影響，比如電路阻抗的變化、天氣的變化或是牽引回流的干擾等，這也導(dǎo)致鐵路信號的不穩(wěn)定。由于國內(nèi)相應(yīng)的技術(shù)較弱，所以在應(yīng)用方面只能通過鐵路信號了解閉塞區(qū)內(nèi)是否有列車，但卻不能掌握其位置。

（4）利用鐵路信息很難實(shí)現(xiàn)從列車到地面的傳輸，也就是無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的列車閉環(huán)控制。而且構(gòu)建的閉塞分區(qū)會對分割對長鋼軌道的應(yīng)用造成一定的障礙，如采用的是無絕緣軌道信號電路，那么需要增設(shè)補(bǔ)償電容來抵消鋼軌哀耗的影響，此外，還需消耗區(qū)段的軌道。在鋪設(shè)鐵路信號系統(tǒng)時，需要大量的電纜，所投入的費(fèi)用幾乎占據(jù)真?zhèn)€自動閉塞系統(tǒng)的一半，維護(hù)的費(fèi)用也很高。

2 采用通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號的傳輸優(yōu)勢所在

隨著通信系統(tǒng)的發(fā)展，越來越被廣泛的應(yīng)用到生產(chǎn)和生活當(dāng)中，在日本首先開啟了用通信方式來實(shí)現(xiàn)鐵路信號的傳輸，將鐵路-通信-傳輸信號結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)安全、準(zhǔn)確的鐵路傳輸。采用通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號的傳輸有以下幾個優(yōu)勢：

（1）傳輸?shù)目煽啃暂^高。鐵路信號的傳輸方式是開環(huán)的狀態(tài)（如圖1所示），即信號發(fā)送者只管發(fā)送，但并不能具體的了解接收者是否真正的接收到信息。還有就是在運(yùn)行過程中很容易受到快速運(yùn)行的列車的干擾，導(dǎo)致信號的不穩(wěn)定。因此在鐵路信號傳輸過程中的存在不穩(wěn)定的因素，不能滿足現(xiàn)代高速列車的控制需求。但在采用通信系統(tǒng)的鐵路信號中，不僅能夠做到發(fā)送方和接收方的雙向通信，還可以使用多種保證的技術(shù)來提高信號的傳輸?shù)目煽啃?，讓其具有時效性。

圖1 傳統(tǒng)的鐵路信號單向傳輸方式

（2）運(yùn)輸?shù)男矢?。在鐵路信號中采用通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)移動式的自動閉塞，并且其閉塞分區(qū)的長度還可以根據(jù)需要變化，閉塞分區(qū)會隨著列車的運(yùn)行而移動。將傳統(tǒng)的閉塞分區(qū)的功能從地面移除，不再需要地面的信號。直接通過列車上裝載的設(shè)備系統(tǒng)接前方有無列車，或者與下一個車站距離等信息，從而實(shí)現(xiàn)對列車的控制。無線的車載設(shè)備系統(tǒng)接收信息具有較高的實(shí)時性和準(zhǔn)確性，能夠在高速運(yùn)行的情況下實(shí)現(xiàn)較短的移動閉塞區(qū)段，以此保證列車運(yùn)行的安全，提高行車的密度和效率。

（3）傳輸?shù)男畔⒘看蟆鹘y(tǒng)的鐵路信號系統(tǒng)由于是在鐵軌上進(jìn)行傳輸，因此速度比較慢、數(shù)據(jù)料也小。但隨著列車的運(yùn)行速度和密度的提高，對列車的信號控制也增加。用通信系統(tǒng)能夠提供大量的信息傳輸數(shù)據(jù)，能夠滿足對高速運(yùn)行裂成的信號傳輸控制要求，還能夠為列車提供鐵路信號的其他信息，將單向的傳輸變?yōu)殡p向的通信。

3 基于通信系統(tǒng)的鐵路信號安全信息傳輸?shù)膽?yīng)用

3.1 鐵路信號安全性級別

在設(shè)計鐵路信號安全信息傳輸系統(tǒng)前，需要針對目前存在并需要解決的威脅和防御措施以表格的形式列舉出，這樣才能確定系統(tǒng)設(shè)計的方向，如表1所示。

表1 威脅/防御措施矩陣

在表格中X是指在新的系統(tǒng)設(shè)計中可以對應(yīng)的威脅提供相應(yīng)的保護(hù)措施；標(biāo)注1的則是依賴于應(yīng)用；標(biāo)注2的指僅適用于源及目標(biāo)指示器，同時只能從非法的系統(tǒng)源中檢查出是否有惡意插入，如果有未知的用戶而不能定義唯一的指示器，那么就需要用到密碼增加安全性；標(biāo)注3的是安全代碼和密碼技術(shù)的選擇應(yīng)依據(jù)是否可以排除非法入侵、建議密碼復(fù)雜程度、是否安全相關(guān)的許可保護(hù)與安全相關(guān)的過程相互分離等條件來決定。

3.2 系統(tǒng)的設(shè)計與管理

基于現(xiàn)代道路建設(shè)對鐵路信號的信息安全傳輸要求，中國鐵路三局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司對鐵路信號設(shè)計個基于通信系統(tǒng)的鐵路信號安全信息傳輸?shù)南到y(tǒng)。采用此種方式實(shí)現(xiàn)列車和地面之間的鐵路信號傳輸有不同的方式，主要分為：采用全程移動無線通信方式；采用衛(wèi)星通信；采用軌道交叉電纜方式；采用漏泄電纜或漏泄波導(dǎo)方式；采用查詢-應(yīng)答器方式。以上幾種通信方式按照對鐵路運(yùn)行能力和實(shí)現(xiàn)的功能而選擇。而在本次設(shè)計中則采用CBTC（基于衛(wèi)星通信的鐵路信號安全傳輸）系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 基于通信系統(tǒng)的鐵路信號安全信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計

由圖2所示，設(shè)計的基于通信系統(tǒng)的鐵路信號安全信息傳輸系統(tǒng)的設(shè)計必須滿足其信息的安全可靠性。同時在建設(shè)極端，還需要保證鐵路信號電子系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設(shè)備等安全。還要在后期對其制定相應(yīng)的管理從事，這樣是為了減少人為的事物，進(jìn)而減少系統(tǒng)故障所產(chǎn)生的風(fēng)險。并且在整個系統(tǒng)的生命周期進(jìn)行管理，規(guī)范使用程序和相關(guān)的文檔，對功能和技術(shù)進(jìn)行安全措施保障。

3.3 鐵路信號安全信息傳輸周期

基于通信的鐵路信號安全信息傳輸系統(tǒng)的周期設(shè)計為14個階段。系統(tǒng)的生命周期可以分為按照要求構(gòu)思系統(tǒng)設(shè)計方向、對系統(tǒng)進(jìn)行定義及其所需實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用條件、風(fēng)險分析、系統(tǒng)要求、驗收標(biāo)準(zhǔn)的制定、設(shè)計和執(zhí)行、制造、安全、系統(tǒng)確認(rèn)、運(yùn)行和維護(hù)等。在系統(tǒng)的設(shè)計中，需要時刻的注意風(fēng)險的分析，不僅是對系統(tǒng)設(shè)計風(fēng)險，還是在后期的運(yùn)行維護(hù)的過程中進(jìn)行鐵路信號安全威脅進(jìn)行風(fēng)險分析。務(wù)必要保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全可靠性。

4 結(jié)束語

由此可知，在基于通信系統(tǒng)的鐵路信號安全信息傳輸?shù)倪^程當(dāng)中，既可以保證高速運(yùn)行列車的安全性，也能提高其運(yùn)行的效率，充分的發(fā)揮鐵路的功能性。

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U284

A

1004-7344（2016）26-0284-02

2016-8-17

孫陽（1988-），女，助理工程師，本科，主要從事通信信息專業(yè)工作。